二氧化钛复合纳米静电纺纤维膜的制备及其光催化降解甲苯性能研究

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挥发性有机污染气体(VOCs)是室内污染物的主要成分,它主要包括苯、甲苯、苯乙烯和甲醛等,长期暴露其中,可对人体产生急性或慢性毒性,室内环境污染问题已引起了人们的普遍关注。光催化技术可以将污染物降解为无毒无害的二氧化碳和水,因此成为处理挥发性有机气体研究最多的技术。光催化剂TiO2是使用最为频繁的光催化剂,但目前制备出的TiO2大都为纳米颗粒形态,在使用时易团聚造成光催化性能的降低,使用后难以回收,实际使用潜能较低。因此,如果能将TiO2做成兼具有较大比表面积并且二维连续形态的纳米纤维材料或将其复合于纳米纤维中,使其呈现膜状结构,那么它将具有较高的实际使用价值。静电纺丝是目前唯一可以制备纳米尺寸的连续长纤维的技术,具有设备简单、操作灵活方便、成本低廉、适用材料范围广泛等优点,因此,近些年静电纺丝技术被越来越多地应用于TiO2纳米纤维材料的制备。本论文主要的研究内容如下所述:(1)静电纺丝/静电喷雾方法制备TiO2及其性能对比研究(纺丝条件探究)纺丝液中高聚物的浓度是电纺能否成丝的关键,在本实验中通过控制纺丝液中PVP(MW=58000)的浓度制备出不同的TiO2前驱体电纺溶液,PVP含量低的在高压下只能产生喷雾颗粒,当PVP浓度达到一定值时才能电纺成丝。将电喷雾和电纺丝后得到的产物经高温焙烧后即可得到颗粒状和短棒状的TiO2,并对其形貌、物相结构和光催化降解甲苯性能进行了对比。(2)TiO2/聚酰亚胺(PI)复合纳米纤维的制备及性能研究通过同步静电纺PAA和PVP/TiO2前驱体纺丝液然后高温焙烧的方法得到膜状的TiO2/PI复合纳米纤维,PI纤维与TiO2纤维交错分布,TiO2纤维赋予材料光催化性能,PI纤维为材料提供结构加固的作用并提高了纤维膜的机械性能。探究了材料的形貌、结构、机械性能和光催化性能与复合比例的关系。(3)TiO2/PAN复合纳米纤维膜的制备及性能探究通过同步静电纺PAN和静电喷雾TiO2颗粒的方法制备了TiO2/PAN复合纤维膜,在复合纤维膜中TiO2颗粒均匀地附着于纤维的表面,探究了复合纤维膜的形貌、结构、光催化降解甲苯气体和空气过滤粉尘的性能与复合比例的关系。实验结果表明本论文利用静电纺丝技术制备出的两种含有TiO2的复合纳米纤维膜,在有效净化空气的同时实现自身的回收利用,为提高TiO2的实际使用价值提供了可能的解决方案。
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